DE112009004359B4 - Leuchtvorrichtungen - Google Patents

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Abstract

Leuchtvorrichtung, die umfasst:
einen Subträger (20);
einen ersten Anordnungschip (24) von Leuchtdioden, der auf dem Subträger (20) angeordnet ist, wobei der erste Anordnungschip (24) ein erstes Substrat (40) und mehrere erste Leuchtdiodeneinheiten (42), die gemeinsam auf dem ersten Substrat (40) angeordnet sind, umfasst;
einen zweiten Anordnungschip (24) von Leuchtdioden, der auf dem Subträger (20) angeordnet ist und vom ersten Anordnungschip (24) von Leuchtdioden um einen Spalt (D), der größer als 10 µm ist, beabstandet ist, wobei der zweite Anordnungschip (24) ein zweites Substrat (40) und mehrere zweite Leuchtdiodeneinheiten (42), die gemeinsam auf dem zweiten Substrat (40) angeordnet sind, umfasst;
eine Leiterbahn (28), die auf dem Subträger (20) angeordnet ist und den ersten Anordnungschip (24) von Leuchtdioden und den zweiten Anordnungschip (24) von Leuchtdioden elektrisch verbindet;
eine Bondkontaktstelle (26), die auf dem Subträger (20) angeordnet ist und mit der Leiterbahn (28) elektrisch verbunden ist; und
ein Einkapselungsmaterial (25), das auf dem ersten Anordnungschip (24) von Leuchtdioden und dem zweiten Anordnungschip (24) von Leuchtdioden überlagert ist,
wobei das erste Substrat (40) für ein epitaktisches Wachstum von Leuchtdiodeneinheiten eingerichtet und zwischen dem Subträger (20) und den mehreren ersten Leuchtdiodeneinheiten (42) angeordnet ist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Anmeldung bezieht sich auf eine Leuchtvorrichtung und insbesondere auf eine Leuchtvorrichtung mit mindestens einem elektronischen Element und mindestens einem Leuchtdiodenanordnungschip, die auf einem Subträger angeordnet sind, und die direkt mit einer Wechselstromquelle verwendet werden kann.
  • Verweis auf verwandte Anmeldung
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Eine Leuchtdiode (LEDs) kann Lichtenergie bei Vorliegen einer Energiedifferenz aussenden, die sich aus der Bewegung von Elektronen zwischen dem Halbleiter vom n-Typ und dem Halbleiter vom p-Typ ergeben hat. Mit diesem Mechanismus können die LEDs im Gegensatz zu Glühlampen kaltes Licht erzeugen. Außerdem sind die LEDs haltbar und kompakt und weisen eine lange Lebensdauer und einen niedrigen Energieverbrauch auf. Folglich werden die LEDs zu vielversprechenden Kandidaten auf dem Markt als Beleuchtungsprodukte der nächsten Generation anstelle der herkömmlichen Beleuchtungsquellen und werden bereits auf verschiedene Gebiete wie z. B. Verkehrsampeln, Rücklichtmodule, Straßenlaternen und eine medizinische Ausrüstung angewendet.
  • Wie in 1 gezeigt, umfasst ein Leuchtdiodenelement 100, das an eine Wechselstromquelle angepasst sein kann, einen Subträger 10, einen Leuchtdiodenanordnungschip 12 auf dem Subträger 10 und mindestens eine Bondkontaktstelle 14, die mit dem Leuchtdiodenanordnungschip 12 elektrisch verbunden ist. Der Leuchtdiodenanordnungschip 12 umfasst ein Substrat 120 und mehrere Leuchtdiodeneinheiten 122 auf dem Substrat 120.
  • Um eine herkömmliche Beleuchtungsvorrichtung zu ersetzen, muss das Leuchtdiodenelement 100 unter einer Bedingung mit hoher Spannung von 100 V ~ 240 V arbeiten, die ein Problem hoher Temperatur nach einem Langzeitbetrieb herbeiführen kann. Unter den Bedingungen hoher Spannung und hoher Temperatur kann ein Elektronenwanderungseffekt, der ein Ergebnis einer Bewegung von Metallionen ist, die durch einen Mischeffekt der Temperatur und des Elektronenwindes verursacht wird, leicht in einer elektronischen Vorrichtung festgestellt werden. Im Allgemeinen tritt die Elektronenwanderung von Metallionen bei hoher Temperatur leicht auf. Im Leuchtdiodenelement können die Metallionen durch den Effekt des elektrischen Stroms bei hoher Temperatur von der Elektrode in den aktiven Bereich diffundieren. Die Elektronenwanderung kann beispielsweise im Elektrodenmaterial wie z. B. Indiumzinnoxid (ITO) und Silber leicht auftreten. Überdies kann das Element aufgrund von Leerstellen, die durch die Elektronenwanderung im Lötmittel oder in der winzigen Metallverbindung verursacht werden, ausfallen.
  • Wie vorstehend beschrieben, kann die Zuverlässigkeit des Leuchtdiodenelements für die Wechselstromverwendung in einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Spannung stark verschlechtert werden.
  • US 7 221 044 B2 beschreibt eine Lichtemissionsvorrichtung. Die Lichtemissionsvorrichtung umfasst einen Träger und LEDs, die durch Gräben getrennt sind. Eine Verbindung zwischen benachbarten LEDs wird unter Verwendung von Bondstellen, die mit Metallschichten auf dem Träger verbunden sind, hergestellt.
  • US 2006 / 0 258 028 A1 offenbart eine Anordnung von LEDs, die auf einer Platine montiert sind. Die Platine umfasst elektrische Leiterbahnen, die für den elektrischen Kontakt zu den LEDs verwendet werden. Die LEDs können mit einem transparenten Element aus z. B. Glas, Kunststoff, Epoxid oder Silikon abgedeckt werden.
  • Zusammenfassung der Offenbarung
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Alle „Aspekte“, „Beispiele“ und „Ausführungsformen“ der Beschreibung, die nicht in den Umfang der Ansprüche fallen, sind nicht Teil der Erfindung und dienen nur der Veranschaulichung.
  • Eine Leuchtvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung umfasst einen Subträger, mindestens ein elektronisches Element auf dem Subträger und mindestens einen Leuchtdiodenanordnungschip, der auf dem Subträger angeordnet ist und mit dem elektronischen Element elektrisch verbunden ist.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist eine Bondkontaktstelle auf dem Subträger vorgesehen und mit dem elektronischen Element und dem Leuchtdiodenanordnungschip elektrisch verbunden. Die Leuchtvorrichtung ist mit einer Wechselstromquelle mit hoher Spannung durch die Bondkontaktstelle gekoppelt.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann das elektronische Element ein passives Element wie z. B. eine Gleichrichtereinheit, eine Widerstandseinheit, eine Kondensatoreinheit und eine Induktoreinheit sein. Mit der Übernahme der Einheit(en) kann der Wirkungsgrad der Leuchtvorrichtung verbessert werden.
  • Eine Leuchtvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung umfasst mindestens einen Leuchtdiodenanordnungschip, der mehrere Leuchtdiodeneinheiten umfasst, die miteinander in Reihe oder parallel geschaltet sind.
  • Eine Leuchtvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung umfasst mindestens einen Leuchtdiodenanordnungschip, der mehrere Leuchtdiodeneinheiten umfasst, die in einer in Reihe geschalteten geschlossenen Schleife angeordnet sind.
  • Eine Leuchtvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung umfasst mindestens einen Leuchtdiodenanordnungschip, der mehrere Leuchtdiodeneinheiten umfasst, die so angeordnet sind, dass sie in Reihe geschaltete geschlossene Schleifen bilden. Beliebige zwei benachbarte geschlossene Schleifen weisen verschiedene Verbindungsrichtungen auf und teilen sich einen gemeinsamen Abschnitt.
  • Eine Leuchtvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung umfasst mindestens einen Subträger, mindestens ein elektronisches Element auf dem Subträger, mindestens einen Anordnungschip von blauen Leuchtdioden auf dem Subträger, mindestens einen Chip von roten Leuchtdioden auf dem Subträger und eine Leiterbahn, die auf dem Subträger angeordnet ist und das elektronische Element mit dem Anordnungschip von blauen Leuchtdioden und dem Chip von roten Leuchtdioden elektrisch verbindet.
  • Figurenliste
    • 1 stellt ein bekanntes Leuchtdiodenelement dar, das mit einer Wechselstromquelle verwendet wird.
    • 2A ist eine Draufsicht einer Struktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung.
    • 2B ist eine Seitenansicht einer Struktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung.
    • 2C ist eine Seitenansicht einer Struktur gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung.
    • 3 ist eine Draufsicht einer Struktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung.
    • 4 ist eine Seitenansicht eines Leuchtdiodenanordnungschips gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung.
    • 5A-5D stellen Prozesse zur Herstellung eines Leuchtdiodenanordnungschips gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung dar.
    • 6 ist eine Draufsicht eines Leuchtdiodenanordnungschips gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung.
    • 7A und 7B stellen Schaltungen von Leuchtdiodenanordnungschips gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung dar.
    • 8 stellt eine weitere Schaltung eines Leuchtdiodenanordnungschips gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung dar.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    Leuchtdiodenelement
    12
    Leuchtdiodenanordnungschip
    120
    Substrat
    200
    Leuchtvorrichtung
    21
    Reflexionsschicht
    23
    Wellenlängenumwandlungsschicht
    25
    Einkapselungsmaterial
    28
    Leiterbahn
    30
    Subträger
    32
    Leuchtdiodenanordnungschip
    36
    Kondensator
    39
    Leiterbahn
    40
    Substrat
    44
    Elektrode
    500
    Leuchtdiodenanordnungschip
    52
    gestapelte Epitaxieschicht
    522
    aktive Schicht
    54
    Diodeneinheit
    540'
    Leuchtdiodeneinheit
    56
    Elektrode
    580
    Isolationsschicht
    542a
    Gleichrichter-Leuchtdiodeneinheit
    542c
    Gleichrichter-Leuchtdiodeneinheit
    56a
    Elektrode
    10
    Subträger
    14
    Bondkontaktstelle
    122
    Leuchtdiodeneinheit
    20
    Subträger
    22
    elektronisches Element
    24
    Leuchtdiodenanordnungschip
    26
    Bondkontaktstelle
    300
    Leuchtvorrichtung
    31
    Gleichrichter
    34
    Widerstand
    38
    Bondkontaktstelle
    400
    Leuchtdiodenanordnungschip
    42
    Leuchtdiodeneinheit
    46
    Struktur zur elektrischen Verbindung
    50
    Substrat
    520
    Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps
    524
    Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps
    540
    Leuchtdiodeneinheit
    542
    Gleichrichter-Diodeneinheit
    58
    Struktur zur elektrischen Verbindung
    582
    Metallschicht
    542b
    Gleichrichter-Leuchtdiodeneinheit
    542d
    Gleichrichter-Leuchtdiodeneinheit
    56b
    Elektrode
  • Ausführliche Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
  • Die Ausführungsformen werden nachstehend in Begleitung der Zeichnungen beschrieben.
  • Wie in 2A und 2B gezeigt, umfasst eine Leuchtvorrichtung 200 einen Subträger 20, mindestens ein elektronisches Element 22, das auf dem Subträger 20 angeordnet ist, mehrere Leuchtdiodenanordnungschips 24, die auf dem Subträger 20 angeordnet sind, eine Bondkontaktstelle 26, die auf dem Subträger 20 angeordnet ist und eine Leiterbahn 28, die auf dem Subträger 20 angeordnet ist und verwendet wird, um das elektronische Element 22 mit dem (den) Leuchtdiodenanordnungschip(s) 24 und der Bondkontaktstelle 26 in Reihe oder parallel zu schalten. Beliebige zwei benachbarte Leuchtdiodenanordnungschips 24 sind um einen Spalt D beabstandet, der größer als 10 µm, vorzugsweise größer als 100 µm sein kann. Die Bondkontaktstelle 26 ist mit einer Wechselstromquelle/-versorgung (AC-Leistungsquelle/-versorgung) (nicht dargestellt) elektrisch verbunden. Die AC-Leistungsquelle kann einen Wechselstrom mit hoher Spannung wie z. B. 100 V bis 240 V für (ein) Haushaltsgerät(e) zur Leuchtvorrichtung 200 liefern.
  • Das elektronische Element 22 kann ein oder mehrere passive Elemente wie z. B. (einen) Gleichrichter, (einen) Widerstand (Widerstände), (einen) Kondensator(en) und (einen) Induktor(en) umfassen oder sein.
  • Wie in 2C gezeigt, umfasst die Leuchtvorrichtung 200 ferner eine Reflexionsschicht 21, die auf dem Subträger 20 angeordnet ist und verwendet wird, um Licht, das von dem (den) Leuchtdiodenanordnungschip(s) 24 ausgesendet wird, zu reflektieren. Der Subträger 20 kann eine Aussparungsstruktur 29 zum Aufnehmen des elektronischen Elements 22 oder des (der) Leuchtdiodenanordnungschips 24 aufweisen. Außerdem umfasst die Leuchtvorrichtung 200 ferner eine Wellenlängenumwandlungsschicht 23, die auf dem Leuchtdiodenanordnungschip 24 angeordnet ist, und ein Einkapselungsmaterial 25, das auf den (die) Leuchtdiodenanordnungschip(s) 24 überlagert ist.
  • Wie in 3 gezeigt, umfasst eine Leuchtvorrichtung 300 einen Subträger 30, einen Gleichrichter 31, der auf dem Subträger 30 angeordnet ist, mehrere Leuchtdiodenanordnungschips 32, die auf dem Subträger 30 angeordnet sind, einen Widerstand 34, der auf dem Subträger 20 angeordnet ist und mit dem (den) Leuchtdiodenanordnungschip(s) 32 in Reihe geschaltet ist, einen Kondensator 36, der auf dem Subträger 30 angeordnet ist und mit dem (den) Leuchtdiodenanordnungschip(s) 32 und dem Widerstand 34 in Reihe geschaltet ist, eine Bondkontaktstelle 38, die auf dem Subträger 30 angeordnet ist, und eine Leiterbahn 39, die auf dem Subträger 30 angeordnet ist und verwendet wird, um den Gleichrichter 31 mit dem (den) Leuchtdiodenanordnungschip(s) 32, dem Kondensator 34, dem Widerstand 36 und der Bondkontaktstelle 38 elektrisch zu verbinden. Der Gleichrichter 31 kann eine Brückenschaltung umfassen, die eine Anordnung von Diode(n) mit einer niedrigen Durchlassspannung und einer hohen Sperrspannung ist. Mit dem Gleichrichter 31 kann ein Sinuswellen-Wechselstrom, der durch die AC-Leistungsquelle geliefert wird, in einen Impulsmodus-Gleichstrom (DC) für die Leuchtvorrichtung 300 umgewandelt werden. Die Diode, die eine niedrige Durchlassspannung und eine hohe Sperrspannung aufweist, kann eine Zener-Diode oder eine Schottky-Diode sein und aus (einem) Material(ien) einer III-V-Verbindung oder eines IV-Elements wie z. B. GaN-Reihenmaterial, AlGaInP-Reihenmaterial und Silicium bestehen. Außerdem sind zwei beliebige benachbarte Leuchtdiodenanordnungschips 32 um einen Spalt beabstandet, der größer als 10 µm, vorzugsweise größer als 100 µm ist. Die Bondkontaktstelle 38 ist mit einer Wechselstromquelle/-versorgung (AC-Leistungsquelle/-versorgung) (nicht dargestellt) elektrisch verbunden. Die AC-Leistungsquelle kann einen Wechselstrom mit hoher Spannung wie z. B. 100 V bis 240 V für (ein) Haushaltsgerät(e) zur Leuchtvorrichtung 300 liefern.
  • Wie in 4 gezeigt, umfasst der Leuchtdiodenanordnungschip 400 ein Substrat 40, mehrere Leuchtdiodeneinheiten 42, die auf dem Substrat 40 angeordnet sind, mindestens zwei Elektroden 44, die auf dem Substrat 40 angeordnet sind, und Strukturen 46 zur elektrischen Verbindung, die die Leuchtdiodeneinheiten 42 mit den Elektroden 44 elektrisch in Reihe oder parallel schalten. Die Struktur 46 zur elektrischen Verbindung kann einen Metalldraht (Metalldrähte) oder (eine) Metallschicht(en) umfassen. Die Elektroden 44 werden verwendet, um mit der (den) Leiterbahn(en) elektrisch zu verbinden, die in der (den) vorstehend erwähnten Ausführungsform(en) offenbart sind (nicht dargestellt). Überdies kann der Leuchtdiodenanordnungschip 400 mehrere Arbeitsspannungen aufweisen, indem die Anzahl und die Verbindung der Leuchtdiodeneinheiten 42 geändert werden. Mit der flexiblen Spannungsauslegung jedes Leuchtdiodenanordnungschips 400 und der Reihenschaltung von mehreren Leuchtdiodenanordnungschips 400 kann die Leuchtvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform die Spannungsbedingung(en) für (ein) allgemeine(s) Haushaltsgerät(e) wie z. B. 100 V bis 240 V erfüllen.
  • Mit Bezug auf 2-4 wird ein Wechselstromsystem von 110 Volt, das an ein allgemeines Beleuchtungssystem angepasst werden kann, dargestellt. Die Leuchtdiodenanordnungschips sind in einer 2x2-Matrix angeordnet (wie in 3 gezeigt). Mindestens einer der Leuchtdiodenchips 32 umfasst eine Lichtaussendeschicht aus InGaN, die blaues Licht mit einer Spitzenwellenlänge im Bereich zwischen 440 nm und 480 nm aussenden kann (nachstehend als „Anordnungschip von blauen Leuchtdioden“ definiert). Außerdem umfasst mindestens einer der Leuchtdiodenanordnungschips 32 eine Lichtaussendeschicht aus AlGaInP, die rotes Licht mit einer Spitzenwellenlänge im Bereich zwischen 600 nm und 650 nm aussenden kann (nachstehend als „Anordnungschip von roten Leuchtdioden“ definiert). Eine Wellenlängenumwandlungsschicht, die blaues Licht vom Anordnungschip von blauen Leuchtdioden absorbieren kann und gelbes Licht mit einer Spitzenwellenlänge im Bereich zwischen 570 nm und 595 nm erzeugen kann, ist auf den Anordnungschip von blauen Leuchtdioden überlagert (nachstehend als „gelber Leuchtstoff‟ bezeichnet), wie z. B. YAG-Leuchtstoff oder TAG-Leuchtstoff, wie in 2C gezeigt. Das blaue Licht und das gelbe Licht können zu weißem Licht gemischt werden. Um verschiedene Farbtemperaturen zu erzeugen, kann eine Einstellung durchgeführt werden, um die Anzahl des (der) Anordnungschips von blauen Leuchtdioden und/oder des (der) Anordnungschips von roten Leuchtdioden, die Flächen des (der) Anordnungschips von blauen Leuchtdioden und/oder des (der) Anordnungschips von roten Leuchtdioden, die Anzahl der Leuchtdiodeneinheiten in dem (den) Anordnungschip(s) von blauen Leuchtdioden und/oder dem (den) Anordnungschip(s) von roten Leuchtdioden zu ändern. Oder ein Leuchtstoff, der andersfarbiges Licht erzeugen kann, kann verwendet werden, wie z. B. grüner Leuchtstoff. Die Ausführungsformen sind in der folgenden Tabelle aufgelistet; überdies wird die zweite Ausführungsform nachstehend im Einzelnen beschrieben.
    Ausführungsform Wechselstrom-system Anzahl von Anordnungschip(s) von blauen Leuchtdioden Anzahl blauer Leuchtdiodeneinheit(en) Anzahl von Anordnungschip(s) von roten Leuchtdioden Anzahl roter Leucht-diodeneinheit(en)
    1 AC 110 V 2 12 2 6
    2 AC 110 V 3 8 1 12
    3 AC 220 V 2 24 2 12
    4 AC 220 V 3 16 1 24
  • In der in der Tabelle aufgelisteten zweiten Ausführungsform sendet die Leuchtvorrichtung warmes weißes Licht aus. Das Leistungsverhältnis aller Anordnungschips von blauen Leuchtdioden zu allen Anordnungschips von roten Leuchtdioden ist etwa 3:1. Beispielsweise sind drei Anordnungschips von blauen Leuchtdioden und ein Anordnungschip von roten Leuchtdioden vorhanden. Jeder Anordnungschip von blauen Leuchtdioden weist acht Leuchtdiodeneinheiten auf (nachstehend als „blaue Leuchtdiodeneinheiten“ definiert), die in Reihe geschaltet sind. Der Anordnungschip von roten Leuchtdioden weist zwölf Leuchtdiodeneinheiten auf (nachstehend als „rote Leuchtdiodeneinheiten“ definiert), die in Reihe geschaltet sind. In einer Leuchtvorrichtung ist daher das Mengenverhältnis aller blauen Leuchtdiodeneinheiten zu allen roten Leuchtdiodeneinheiten 24:12 (2:1). Vorausgesetzt, dass eine blaue Leuchtdiodeneinheit eine Durchlassspannung von etwa 3 V aufweist und eine rote Leuchtdiodeneinheit eine Durchlassspannung von etwa 2 V aufweist, kann jeder der Anordnungschips von blauen und roten Leuchtdioden mit 24 V arbeiten, was als Anordnungschip mit Gleichstrom (DC) mit hoher Spannung bezeichnet werden kann. Folglich können die Leuchtdiodenanordnungschips der 2x2-Matrix mit 96 V arbeiten. Wenn die Leuchtvorrichtung so angesteuert wird, dass sie das blaue Licht und das rote Licht aussendet, ist das Leistungsverhältnis des blauen Lichts zum roten Licht etwa 3:1. Vorausgesetzt, dass die Leuchtdiodenanordnungsmatrix mit einem vorbestimmten Widerstand in Reihe geschaltet ist und der vorstehend erwähnte Gleichrichter eine Brückenschaltung aufweist, kann die Leuchtvorrichtung in einem Wechselstromsystem mit 110 V verwendet werden. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Leistungsverhältnis aller Anordnungschips von blauen Leuchtdioden zu allen Anordnungschips von roten Leuchtdioden etwa 2~4, vorzugsweise 2,6~3,4. Überdies kann das Mengenverhältnis aller blauen Leuchtdiodeneinheiten zu allen roten Leuchtdiodeneinheiten in einem Bereich von etwa 4/3~8/3 festgelegt werden, was warmes weißes Licht erzeugen kann, dessen Farbtemperatur zwischen 2000 K und 5000 K, vorzugsweise zwischen 2000 K und 3500 K liegt. In einer anderen Ausführungsform kann der Anordnungschips von roten Leuchtdioden durch mehrere Chips von roten Leuchtdioden vom Nicht-Anordnungs-Typ ersetzt werden, die miteinander in Reihe geschaltet sind. Die Menge der Chips von roten Leuchtdioden vom Nicht-Anordnungs-Typ ist gleich der Menge aller roten Leuchtdiodeneinheiten in dem ersetzten Anordnungschip von roten Leuchtdioden. Insbesondere weist der Chip von roten Leuchtdioden vom Nicht-Anordnungs-Typ nur eine rote Leuchtdiodeneinheit auf, deren Durchlassspannung etwa 2 V ist.
  • Wie in 5A gezeigt, wird ein Substrat 50 vorgesehen. Eine gestapelte Epitaxieschicht 52 wird dann auf dem Substrat 50 durch metallorganische chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD) ausgebildet. Die gestapelte Epitaxieschicht 52 umfasst eine Halbleiterschicht 520 eines ersten Leitfähigkeitstyps, eine aktive Schicht 522 und eine Halbleiterschicht 524 eines zweiten Leitfähigkeitstyps. Die gestapelte Epitaxieschicht 52 kann aus (einem) Halbleitermaterial(ien) mit mindestens einem Element, das aus Al, Ga, In, N, P und As ausgewählt ist, wie z. B. GaN und AlGaInP, bestehen.
  • Wie in 5B gezeigt, werden mehrere Gräben 53 durch Ätzen der gestapelten Epitaxieschicht 52 mit dem Lithographieschema ausgebildet, so dass mehrere Diodeneinheiten 54, die Leuchtdiodeneinheiten 540/540' und eine Gleichrichterdiodeneinheit 542 umfassen, auf dem Substrat 50 ausgebildet werden. Die Diodeneinheit 54 kann auf dem Substrat 50 epitaxial gezüchtet werden. Alternativ kann die Diodeneinheit 54 an ein anderes Substrat durch (eine) Bondschicht(en) oder Druck/Thermobonden gebondet werden, so dass das Substrat 50 entfernt und durch ein anderes Substrat ersetzt wird (nachstehend wird das Schema „Doppelsubstratübertragung“ genannt). Das Substrat 50 wird beispielsweise durch ein anderes Substrat mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit oder einer hohen Transparenz ersetzt, so dass die Wärmeableitung oder der Lichtauskopplungswirkungsgrad des Leuchtdiodenanordnungschips verbessert werden kann. Für den Anordnungschip von roten Leuchtdioden oder den Chip von roten Leuchtdioden vom Nicht-Anordnungs-Typ kann in einer Ausführungsform die rote Leuchtdiodeneinheit an ein Substrat mit hoher Leitfähigkeit oder ein transparentes Substrat durch Metall, Oxid oder organisches Polymer gebondet werden.
  • Wie in 5C gezeigt, werden die Diodeneinheiten 54 dann mit dem Lithographieschema geätzt, um einen Teil der Halbleiterschicht 520 des ersten Leitfähigkeitstyps freizulegen.
  • Wie in 5D gezeigt, wird eine Elektrode 56 auf dem Substrat 50 ausgebildet, um mit der Leiterbahn auf dem Subträger (nicht dargestellt) elektrisch zu verbinden. Außerdem werden mehrere Strukturen 58 zur elektrischen Verbindung ausgebildet, um die verschiedenen Diodeneinheiten 54 und die Elektrode 56 elektrisch zu verbinden. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Struktur 58 zur elektrischen Verbindung eine Isolationsschicht 580, die eine Seitenwand der Diodeneinheit 54 bedeckt, und eine Metallschicht 582, die auf der Isolationsschicht 580 angeordnet ist.
  • Ferner wird die Halbleiterschicht 520 des ersten Leitfähigkeitstyps der Leuchtdiodeneinheit 540 mit der Halbleiterschicht 524 des zweiten Leitfähigkeitstyps der benachbarten Leuchtdiodeneinheit 540' elektrisch verbunden. Mit dieser Anordnung kann eine in Reihe geschaltete geschlossene Schleife ausgebildet werden und folglich wird der Leuchtdiodenanordnungschip 500 ausgebildet.
  • Wie in 6 gezeigt, umfasst der Leuchtdiodenanordnungschip 500 ein Substrat 50, Diodeneinheiten 54, die auf dem Substrat 50 angeordnet sind, Elektroden 56a, 56b, die auf dem Substrat 50 angeordnet sind, und Strukturen 58 zur elektrischen Verbindung, um die Diodeneinheiten 54 und die Elektroden 56a, 56b in Reihe oder parallel zu schalten.
  • Die Diodeneinheiten 54 umfassen Leuchtdiodeneinheiten 540 und Gleichrichterleuchtdiodeneinheiten 542a, 542b, 542c, 542d. Die Elektrode 56a ist mit einer Halbleiterschicht (nicht dargestellt) des ersten Leitfähigkeitstyps der Gleichrichterleuchtdiodeneinheit 542a und einer Halbleiterschicht (nicht dargestellt) des zweiten Leitfähigkeitstyps der Gleichrichterleuchtdiodeneinheit 542b durch die Strukturen 58 zur elektrischen Verbindung elektrisch verbunden. Die Elektrode 56b ist mit einer Halbleiterschicht (nicht dargestellt) des ersten Leitfähigkeitstyps der Gleichrichterleuchtdiodeneinheit 542c und einer Halbleiterschicht (nicht dargestellt) des zweiten Leitfähigkeitstyps der Gleichrichterleuchtdiodeneinheit 542d durch die Strukturen 58 zur elektrischen Verbindung elektrisch verbunden. Außerdem sind die Leuchtdiodeneinheiten 540 in einer in Reihe geschalteten geschlossenen Schleife angeordnet. Um eine Brückenschaltung zu bilden, werden die Gleichrichterleuchtdiodeneinheiten 542a, 542b, 542c, 542d jeweils mit verschiedenen Knoten w, x, y, z in der in Reihe geschalteten geschlossenen Schleife verbunden.
  • 7A und 7B stellen Ersatzschaltungen der vorstehend erwähnten Leuchtdiodenanordnungschips dar. Der Pfeil gibt die Stromrichtung im Leuchtdiodenanordnungschip an. Wie in 7A gezeigt, fließt der Strom, der über die Elektrode 56a in den Leuchtdiodenanordnungschip 500 eingespeist wird, durch die Gleichrichterleuchtdiodeneinheit 542a, einige Leuchtdiodeneinheiten 540 in der geschlossenen Schleife (der Weg ist durch die Pfeile angegeben) und die Gleichrichterleuchtdiodeneinheit 542c, bevor er den Leuchtdiodenanordnungschip 500 über die Elektrode 56b verlässt. In einem anderen Fall, wie in 7B gezeigt, fließt der Strom, der über die Elektrode 56b in den Leuchtdiodenanordnungschip 500 eingespeist wird, durch die Gleichrichterleuchtdiodeneinheit 542d, einige Leuchtdiodeneinheiten 540 in der geschlossenen Schleife (der Weg ist durch die Pfeile angegeben) und die Gleichrichterleuchtdiodeneinheit 542b, bevor er den Leuchtdiodenanordnungschip 500 über die Elektrode 56a verlässt.
  • Wie in 8 gezeigt, sind im Leuchtdiodenanordnungschip 800 mehrere Leuchtdiodeneinheiten 82 so angeordnet, dass sie in Reihe geschaltete geschlossene Schleifen A, B und eine gemeinsame Schaltung C bilden. Die geschlossenen Schleifen, die aneinander angrenzen, weisen verschiedene Verbindungsrichtungen auf. In der vorliegenden Ausführungsform ist die geschlossene Schleife A in einer Richtung im Uhrzeigersinn verbunden; die geschlossene Schleife B ist in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn verbunden. Überdies befindet sich mindestens eine gemeinsame Schaltung C zwischen den aneinander angrenzenden geschlossenen Schleifen A und B. Außerdem umfasst der Leuchtdiodenanordnungschip 800 mehrere Gleichrichterdiodeneinheiten 84, die jeweils mit vier Knoten in den geschlossenen Schleifen A und B verbunden sind, um eine Brückenschaltung zu bilden, die eine Gleichrichterfunktion vorsehen kann.

Claims (20)

  1. Leuchtvorrichtung, die umfasst: einen Subträger (20); einen ersten Anordnungschip (24) von Leuchtdioden, der auf dem Subträger (20) angeordnet ist, wobei der erste Anordnungschip (24) ein erstes Substrat (40) und mehrere erste Leuchtdiodeneinheiten (42), die gemeinsam auf dem ersten Substrat (40) angeordnet sind, umfasst; einen zweiten Anordnungschip (24) von Leuchtdioden, der auf dem Subträger (20) angeordnet ist und vom ersten Anordnungschip (24) von Leuchtdioden um einen Spalt (D), der größer als 10 µm ist, beabstandet ist, wobei der zweite Anordnungschip (24) ein zweites Substrat (40) und mehrere zweite Leuchtdiodeneinheiten (42), die gemeinsam auf dem zweiten Substrat (40) angeordnet sind, umfasst; eine Leiterbahn (28), die auf dem Subträger (20) angeordnet ist und den ersten Anordnungschip (24) von Leuchtdioden und den zweiten Anordnungschip (24) von Leuchtdioden elektrisch verbindet; eine Bondkontaktstelle (26), die auf dem Subträger (20) angeordnet ist und mit der Leiterbahn (28) elektrisch verbunden ist; und ein Einkapselungsmaterial (25), das auf dem ersten Anordnungschip (24) von Leuchtdioden und dem zweiten Anordnungschip (24) von Leuchtdioden überlagert ist, wobei das erste Substrat (40) für ein epitaktisches Wachstum von Leuchtdiodeneinheiten eingerichtet und zwischen dem Subträger (20) und den mehreren ersten Leuchtdiodeneinheiten (42) angeordnet ist.
  2. Leuchtvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Subträger (20) eine Aussparungsstruktur (29) zum Aufnehmen des ersten Anordnungschips (24) von Leuchtdioden und des zweiten Anordnungschips (24) von Leuchtdioden umfasst.
  3. Leuchtvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine Reflexionsschicht (21) umfasst, die auf dem Subträger (20) angeordnet ist.
  4. Leuchtvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine erste Wellenlängenumwandlungsschicht (23) umfasst, die auf dem ersten Anordnungschip (24) von Leuchtdioden angeordnet ist.
  5. Leuchtvorrichtung nach Anspruch 4, die ferner eine zweite Wellenlängenumwandlungsschicht (23) umfasst, die auf dem zweiten Anordnungschip (24) von Leuchtdioden angeordnet ist und von der ersten Wellenlängenumwandlungsschicht (23) beabstandet ist.
  6. Leuchtvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Leuchtvorrichtung weißes Licht mit einer Farbtemperatur von 2000 K ~ 3500 K aussenden kann.
  7. Leuchtvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Bondkontaktstelle (26) nicht durch das Einkapselungsmaterial (25) bedeckt ist.
  8. Leuchtvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Anordnungschip (24) von Leuchtdioden eingerichtet ist, um blaues Licht zu emittieren, und wobei der zweite Anordnungschip (24) von Leuchtdioden eingerichtet ist, um rotes Licht zu emittieren.
  9. Leuchtvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Einkapselungsmaterial (25) so angeordnet ist, dass die Bondkontaktstelle (26) freigelegt ist.
  10. Leuchtvorrichtung, die umfasst: einen ersten Anordnungschip (500) von Leuchtdioden, umfassend: ein Substrat (50); mehrere Leuchtdiodeneinheiten (540), die epitaxial mit dem Substrat (50) verbunden sind, eine Seitenwand aufweisen und in einer geschlossenen Schleife angeordnet sind; zwei Elektroden (56a, 56b), die auf dem Substrat (50) ausgebildet sind; eine Isolationsschicht (580), die auf der Seitenwand ausgebildet ist; eine Metallschicht (582), die auf der Isolationsschicht (580) ausgebildet ist und elektrisch mit den mehreren Leuchtdiodeneinheiten (540) verbunden ist; und mehrere Gleichrichterdioden (542), die epitaxial mit dem Substrat (50) verbunden sind und mit jeweiligen Knoten der geschlossenen Schleife verbunden sind.
  11. Leuchtvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die mehreren Leuchtdiodeneinheiten (540) und die mehreren Gleichrichterdioden (542) einen Aufbau mit identischen Schichtabfolgen aufweisen.
  12. Leuchtvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die mehreren Leuchtdiodeneinheiten (540) in Reihe verbunden sind.
  13. Leuchtvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Elektrode (56) elektrisch mit der Metallschicht (582) verbunden ist.
  14. Leuchtvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Elektrode (56) elektrisch mit der Gleichrichterdiode (542) verbunden ist.
  15. Leuchtvorrichtung nach Anspruch 10, weiter umfassend eine Wellenlängenumwandlungsschicht (23) auf dem ersten Chip (54) von Leuchtdioden.
  16. Leuchtvorrichtung nach Anspruch 10, weiter umfassend einen Subträger (30), auf dem der erste Chip (54) von Leuchtdioden angeordnet ist.
  17. Leuchtvorrichtung nach Anspruch 16, weiter umfassend ein passives elektronisches Element (22) auf dem Subträger (30).
  18. Leuchtvorrichtung nach Anspruch 10, weiter umfassend ein Einkapselungsmaterial (25), das den ersten Anordnungschip (500) von Leuchtdioden bedeckt.
  19. Leuchtvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Isolationsschicht (580) die Seitenwand bedeckt.
  20. Leuchtvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die mehreren Leuchtdiodeneinheiten (540) wenigstens zwei Leuchtdiodeneinheiten (540) umfassen, wobei die wenigstens zwei Leuchtdiodeneinheiten (540) eingerichtet sind, um abwechselnd Licht zu emittieren, wenn die Leuchtvorrichtung betrieben wird.
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